CN105574230A - 面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法，以Petri网作为形式化基础，将协作图定义的过程编排规约进行Petri网编码，在保持语义不变的情况下，转换为基于Petri网定义的全局过程编排规约；根据角色，将上述基于Petri网定义的全局过程编排规约合成为参与组织在过程编排中需遵守的局部角色契约；在同步通信模型和异步通信模型下，将上述合成的角色契约并发组合为过程编排实现；从行为视角，对过程编排规约与上述组合而成的过程编排实现分别进行行为检测。在区分业务过程间交互的不确定性选择和确定性选择及显示描述业务过程间的真并发性的情况下，确保跨组织业务过程建模的正确性。

Description

面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法

技术领域

本发明属于业务过程建模技术领域，涉及一种面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法。

背景技术

近年来，随着全球经济化的发展和企业信息化程度的不断提高，在协同商务环境下，如何将不同企业(组织)的松散耦合的业务过程通过协同整合为新的商业过程即跨组织业务过程，已在业务过程管理的跨组织业务过程建模领域受到越来越多的重视。目前，跨组织业务过程建模存在两种范式：面向过程编制(ProcessOrchestration)的建模范式和面向过程编排(ProcessChoreography)的建模范式。而对过程编排进行可实现性分析是面向过程编排建模范式的关键技术。因为，过程编排作为业务过程协同的全局契约，需将其合成为每个参与组织需遵守的局部角色契约，即每个业务过程在过程编排中需实现的交互模式，才能用于指导各个组织业务过程的设计。但是，合成的角色契约未必总能准确实现过程编排。故而，对过程编排进行可实现性分析研究已成为了跨组织业务过程建模领域的处理难题和研究特点。

虽然近年来已有文献提出了对过程编排进行可实现性分析的技术方法，但大多仍处于实验研发阶段。目前，针对协作图定义的过程编排，已在实验研发的可实现性分析方法大多以自动机和进程代数作为形式化基础，尚缺少以Petri网作为形式化基础的可实现性分析方法。而且，现有的这些方法要么不区分业务过程间交互的不确定性选择和确定性选择，要么忽略业务过程间的真并发性，难以实际应用。因此，有必要研究提出一种面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法，在区分业务过程间交互的不确定性选择和确定性选择及显示描述业务过程间的真并发性的情况下，确保跨组织业务过程建模的正确性，以克服现有技术方法的不足。

本发明所采用技术方案是，面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法，按照以下步骤进行：

步骤1，以Petri网作为形式化基础，将协作图定义的过程编排规约进行Petri网编码，在保持语义不变的情况下，转换为基于Petri网定义的全局过程编排规约；

步骤2，根据角色，将上述基于Petri网定义的全局过程编排规约合成为参与组织在过程编排中需遵守的局部角色契约；

步骤3，在同步通信模型和异步通信模型下，将上述合成的角色契约并发组合为过程编排实现；

步骤4，从行为视角，对过程编排规约与上述组合而成的过程编排实现分别进行行为检测。进一步的，所述步骤1中，由Petri网构造器实现，包含线程编码、线程间的依赖关系编码。

进一步的，所述线程编码用于将协作图中的每个线程编码为线程Petri网，其过程如下：1)将线程内部的消息发送事件转换为线程Petri网中的变迁；2)将每个线程内消息发送事件间的全序关系编码为线程Petri网中变迁间的顺序关系；3)编码消息的循环类型；将条件事件编码为线程Petri网中该事件和Tau事件间的选择关系；将迭代事件编码为线程Petri网中该事件的重复执行；4)在开始库所中添加1个托肯。

进一步的，所述线程间的依赖关系编码用于将协作图中线程间的依赖关系编码为线程Petri网的依赖关系，其过程如下：通过计算协作图中每个线程同其它线程间的线程依赖关系集，将线程依赖关系集编码为Petri网中对应的库所集和流关系集，使满足：该库所的后集为线程中的某个消息发送事件，前集为该事件前驱事件集中其它线程的某个事件。

进一步的，所述步骤2中，由角色契约合成器实现，包含消息转换、内部动作约简。进一步的，所述消息转换用于将过程编排规约中包含的通信消息显示编码为每个业务过程在过程编排中所需的接收消息和发送消息，并把其他无关消息编码为内部动作；所述内部动作约简则在保持消息发送顺序不变的前提下，对过程编排规约中存在的内部动作及其相关库所进行约简。

进一步的，所述步骤3中，由同步并发组合和异步并发组成实现；其中，同步并发组合是指在同步通信模型下将角色契约组合为过程编排实现，而同步通信模型是指缓冲区长度为0的两个角色契约间互补动作的一次同步执行，即发送消息和接收消息间的一次同步事件；异步并发组合是指在异步通信模型下将角色契约组合为过程编排实现，而异步通信模型是指缓冲区长度为有界或无界的两个角色契约间互补动作的非同步执行。

进一步的，所述步骤4中，由行为等价检测实现，包含同步通信模型下的可实现性分析和异步通信模型下的可实现性分析。

进一步的，所述同步通信模型下的可实现性分析是指从分支视角，采用互模拟关系作为行为等价的标准，检验过程编排实现与过程编排规约间的行为是否等价，若等价，则认为过程编排规约在同步通信模型下是可实现的，否则，不可实现。

进一步的，所述异步通信模型下的可实现性分析是指从分支视角，采用互模拟关系作为行为等价的标准，检验过程编排实现与过程编排规约间的行为是否等价，若等价，则认为过程编排规约在异步通信模型下是可实现的，否则，不可实现。本发明的有益效果是，区别于原有技术方法(文献[BultanTandFuX.SpecificationofRealizableServiceConversationsUsingCollaborationDiagrams.ServiceOrientedComputingandApplications,2008,2(1):27-39.]和文献[SalaünG,BultanT,RoohiN.RealizabilityofChoreographiesusingProcessAlgebraEncodings[J].IEEETransactionsServicesComputing,2012,5(3):290-302.])的主要不同点在于：

为了检验过程编排实现与过程编排规约间的行为等价，原有技术方法文献[BultanTandFuX.SpecificationofRealizableServiceConversationsUsingCollaborationDiagrams.ServiceOrientedComputingandApplications,2008,2(1):27-39.]的措施是以自动机作为形式化基础，从线性视角，采用迹(trace)等价作为行为等价的标准，对过程编排实现与过程编排规约间的行为进行检验，但未区分业务过程间交互的不确定性选择和确定性选择。本发明从分支视角，采用互模拟关系(bisimulation)作为行为等价的标准，在区分业务过程间交互不确定性的情况下，检验过程编排实现与过程编排规约间的行为是否等价，从而达到提高过程编排可实现性分析精度的目的。

为了检验过程编排实现与过程编排规约间的行为等价，原有技术方法文献[SalaünG,BultanT,RoohiN.RealizabilityofChoreographiesusingProcessAlgebraEncodings[J].IEEETransactionsServicesComputing,2012,5(3):290-302.]的措施是以进程代数作为形式化基础，采用互模拟关系作为行为等价的标准，对过程编排实现与过程编排规约间的行为进行检验，但未区分业务过程间的真并性、也不够直观。本发明采用Petri网作为形式化基础，在直观描述业务过程间真并发性的情况下，采用互模拟关系作为行为等价的标准，检验过程编排实现与过程编排规约间的行为是否等价，从而达到通过图形化方式直观分析过程编排可实现的目的。

本发明技术将在跨组织业务过程的建模方面具有广阔的应用背景，对实现自上而下式的跨组织业务过程建模尤为重要。

具体实施方式

本发明是一种面向协作图定义的过程编排使用Petri网进行可实现性分析以确保跨组织业务过程建模正确性的技术方法。

一种面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法，流程如图1所示。该方法包括Petri网构造器、角色契约合成器、同步并发组合、异步并发组合和行为等价检测等步骤，具体内容如下：

步骤1，以Petri网作为形式化基础，将协作图定义的过程编排规约进行Petri网编码，在保持语义不变的情况下，转换为基于Petri网定义的过程编排规约。该步骤由图1所示的Petri网构造器实现，包含两部分内容：(1)线程编码；(2)线程间的依赖关系编码。其中，线程编码用于将协作图中的每个线程编码为线程Petri网，其过程如下：1)将线程内部的消息发送事件转换为线程Petri网中的变迁；2)将每个线程内消息发送事件(除消息循环类型为“*”的事件外)间的全序关系编码为线程Petri网中变迁间的顺序关系。3)编码消息的循环类型。将条件事件(消息循环类型为“？”的事件)编码为线程Petri网中该事件和Tau事件间的选择关系；将迭代事件(消息循环类型为“*”的事件)编码为线程Petri网中该事件的重复执行。4)在开始库所(前集为空的库所)中添加1个托肯。

其中，线程间的依赖关系编码用于将协作图中线程间的依赖关系编码为线程Petri网的依赖关系，其过程如下：通过计算协作图中每个线程同其它线程间的线程依赖关系集，将线程依赖关系集编码为Petri网中对应的库所集和流关系集，使满足：该库所的后集为线程中的某个消息发送事件，前集为该事件前驱事件集中其它线程的某个事件。

步骤2，根据角色，将上述基于Petri网定义的全局过程编排规约合成为参与组织在过程编排中需遵守的局部角色契约。本质上，该角色契约描述了该组织的业务过程在跨组织业务过程中需要实现的交互模式。该步骤由图1所示的角色契约合成器实现，包含两部分内容：(1)消息转换；(2)内部动作约简。其中，消息转换用于将过程编排规约中包含的通信消息显示编码为每个业务过程在过程编排中所需的接收消息和发送消息，并把其他无关消息编码为内部动作；而内部动作约简则在保持消息发送顺序不变的前提下，对过程编排规约中存在的内部动作及其相关库所进行约简。

步骤3，在同步通信模型和异步通信模型下，将上述合成的角色契约并发组合为过程编排实现。该步骤由图1所示的同步并发组合和异步并发组成实现。其中，同步并发组合是指在同步通信模型下将角色契约组合为过程编排实现，而同步通信模型是指缓冲区长度为0的两个角色契约间互补动作的一次同步执行，即发送消息和接收消息间的一次同步事件。异步并发组合是指在异步通信模型下将角色契约组合为过程编排实现，而异步通信模型是指缓冲区长度为有界或无界的两个角色契约间互补动作的非同步执行。

步骤4，从行为视角，对过程编排规约与上述组合而成的过程编排实现分别进行行为检测。该步骤由图1所示的行为等价检测实现，包含两部分内容：同步通信模型下的可实现性分析和异步通信模型下的可实现性分析。其中，同步通信模型下的可实现性分析是指从分支视角，采用互模拟关系作为行为等价的标准，检验过程编排实现与过程编排规约间的行为是否等价，若等价，则认为过程编排规约在同步通信模型下是可实现的，否则，不可实现。异步通信模型下的可实现性分析是指从分支视角，采用互模拟关系作为行为等价的标准，检验过程编排实现与过程编排规约间的行为是否等价，若等价，则认为过程编排规约在异步通信模型下是可实现的，否则，不可实现。

Claims (10)

1.面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

步骤1，以Petri网作为形式化基础，将协作图定义的过程编排规约进行Petri网编码，在保持语义不变的情况下，转换为基于Petri网定义的全局过程编排规约；

步骤2，根据角色，将上述基于Petri网定义的全局过程编排规约合成为参与组织在过程编排中需遵守的局部角色契约；

步骤3，在同步通信模型和异步通信模型下，将上述合成的角色契约并发组合为过程编排实现；

步骤4，从行为视角，对过程编排规约与上述组合而成的过程编排实现分别进行行为检测。

2.根据权利要求1所述的面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法，其特征在于，所述步骤1中，由Petri网构造器实现，包含线程编码、线程间的依赖关系编码。

3.根据权利要求2所述的面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法，其特征在于，所述线程编码用于将协作图中的每个线程编码为线程Petri网，其过程如下：1)将线程内部的消息发送事件转换为线程Petri网中的变迁；2)将每个线程内消息发送事件间的全序关系编码为线程Petri网中变迁间的顺序关系；3)编码消息的循环类型；将条件事件编码为线程Petri网中该事件和Tau事件间的选择关系；将迭代事件编码为线程Petri网中该事件的重复执行；4)在开始库所中添加1个托肯。

4.根据权利要求2所述的面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法，其特征在于，所述线程间的依赖关系编码用于将协作图中线程间的依赖关系编码为线程Petri网的依赖关系，其过程如下：通过计算协作图中每个线程同其它线程间的线程依赖关系集，将线程依赖关系集编码为Petri网中对应的库所集和流关系集，使满足：该库所的后集为线程中的某个消息发送事件，前集为该事件前驱事件集中其它线程的某个事件。

5.根据权利要求1所述的面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法，其特征在于，所述步骤2中，由角色契约合成器实现，包含消息转换、内部动作约简。

6.根据权利要求5所述的面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法，其特征在于，所述消息转换用于将过程编排规约中包含的通信消息显示编码为每个业务过程在过程编排中所需的接收消息和发送消息，并把其他无关消息编码为内部动作；所述内部动作约简则在保持消息发送顺序不变的前提下，对过程编排规约中存在的内部动作及其相关库所进行约简。

7.根据权利要求1所述的面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法，其特征在于，所述步骤3中，由同步并发组合和异步并发组成实现；其中，同步并发组合是指在同步通信模型下将角色契约组合为过程编排实现，而同步通信模型是指缓冲区长度为0的两个角色契约间互补动作的一次同步执行，即发送消息和接收消息间的一次同步事件；异步并发组合是指在异步通信模型下将角色契约组合为过程编排实现，而异步通信模型是指缓冲区长度为有界或无界的两个角色契约间互补动作的非同步执行。

8.根据权利要求1所述的面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法，其特征在于，所述步骤4中，由行为等价检测实现，包含同步通信模型下的可实现性分析和异步通信模型下的可实现性分析。

9.根据权利要求8所述的面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法，其特征在于，所述同步通信模型下的可实现性分析是指从分支视角，采用互模拟关系作为行为等价的标准，检验过程编排实现与过程编排规约间的行为是否等价，若等价，则认为过程编排规约在同步通信模型下是可实现的，否则，不可实现。

10.根据权利要求8所述的面向协作图的基于Petri网的过程编排可实现性分析方法，其特征在于，所述异步通信模型下的可实现性分析是指从分支视角，采用互模拟关系作为行为等价的标准，检验过程编排实现与过程编排规约间的行为是否等价，若等价，则认为过程编排规约在异步通信模型下是可实现的，否则，不可实现。